package BinaryTree;

import java.util.*;

/**
 * Created with IntelliJ IDEA.
 * Description:
 * User: 姚东名
 * Date: 2024-09-08
 * Time: 10:07
 */
public class MyBinaryTree {
    //创建一个节点：采用孩子表示法
    static class TreeNode {
        public char val;
        public TreeNode left;//储存左孩子的引用
        public TreeNode right;//储存右孩子的引用
        public TreeNode(char val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public TreeNode createTree() {
        TreeNode A = new TreeNode('A');
        TreeNode B = new TreeNode('B');
        TreeNode C = new TreeNode('C');
        TreeNode D = new TreeNode('D');
        TreeNode E = new TreeNode('E');
        TreeNode F = new TreeNode('F');
        TreeNode G = new TreeNode('G');
        TreeNode H = new TreeNode('H');

        A.left = B;
        A.right = C;
        B.left = D;
        B.right = E;
        C.left = F;
        C.right = G;
        E.right = H;

        return A;
    }

    /**
     * 1. 前序遍历： 先遍历根部 再遍历左子树 再遍历右子树 （根 左 右）
     * 2. 中序遍历： 先遍历左子树 再遍历根部 再遍历右子树 （左 右 根）
     * 3. 后序遍历： 先遍历左子树 再遍历右子树 再遍历根部 （左 右 根）
     * @param root
     */
    // 前序遍历
    public void preOrder(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        System.out.print(root.val + " ");
        preOrder(root.left);
        preOrder(root.right);
    }

    //非递归的前序遍历
    public void preOrderNor(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        TreeNode cur = root;
        while(cur != null || !stack.isEmpty()) {
            while(cur != null) {
                stack.push(cur);
                System.out.print(cur.val + " ");
                cur = cur.left;
            }
            TreeNode top = stack.pop();
            cur = top.right;
        }
    }

    //方法1：遍历二叉树
    List<Character> list = new ArrayList<>();
    public List<Character> preorderTraversal(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return list;
        }
        list.add(root.val);
        preorderTraversal(root.left);
        preorderTraversal(root.right);
        return list;
    }

    //方法2：子问题思路
    public List<Character> preorderTraversal2(TreeNode root) {
        List<Character> list = new ArrayList<>();
        if(root == null) {
            return list;
        }
        list.add(root.val);
        List<Character> rootLeft = preorderTraversal2(root.left);
        list.addAll(rootLeft);

        List<Character> rootRight= preorderTraversal2(root.right);
        list.addAll(rootRight);

        return list;
    }

    // 中序遍历
    public void inOrder(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        inOrder(root.left);
        System.out.print(root.val + " ");
        inOrder(root.right);
    }

    //非递归的中序遍历
    public void inOrderNor(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        Stack<TreeNode> stack = new Stack<>();
        TreeNode cur = root;
        while(cur != null || !stack.isEmpty()) {
            while(cur != null) {
                stack.push(cur);
                cur = cur.left;
            }
            TreeNode top = stack.pop();
            System.out.print(top.val + " ");

            cur = top.right;
        }
    }
    // 后序遍历
    public void postOrder(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        postOrder(root.left);
        postOrder(root.right);
        System.out.print(root.val + " ");
    }

    //层序遍历：
    public void levelOrder(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);

        while(!queue.isEmpty()) {
            TreeNode cur = queue.poll();
            System.out.print(cur.val + " ");
            if(cur.left != null) {
                queue.offer(cur.left);
            }
            if(cur.right != null) {
                queue.offer(cur.right);
            }
        }
    }

    public List<List<Character>> levelOrder2(TreeNode root) {
        List<List<Character>> ret = new ArrayList<>();//把它装在一个二维数组中
        if(root == null) {
            return ret;
        }
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);
        while(!queue.isEmpty()) {
            int size = queue.size();
            List<Character> list = new ArrayList<>();
            while(size != 0) {
                TreeNode cur = queue.poll();
                list.add(cur.val);
                if(cur.left != null) {
                    queue.offer(cur.left);
                }
                if(cur.right != null) {
                    queue.offer(cur.right);
                }
                size--;
            }
            ret.add(list);
        }
        return ret;
    }

    /**
     * 获取树中节点的个数:
     * 方法1：遍历二叉树 只要根节点不为空 自增1
     * 方法2：采用子问题 整棵树有多少个节点 = 左子树的节点 + 右子树的节点 + 1（根节点）
     * @param root
     * @return
     */
    //方法1：
    public static int nodeSize = 0;
    public void size(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        nodeSize++;
        size(root.left);
        size(root.right);
    }
    //方法2：
    public int size2(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }
        return size2(root.left) + size2(root.right) + 1;
    }

    /**
     *  获取叶子节点的个数:
     *  什么是叶子？就是没有左子树 也没有右子树
     *  root.left == null && root.right == null
     *  整棵树的叶子节点 = 左子树的叶子 + 右子树的节点
     * @param root
     * @return
     */
    public int getLeafNodeCount(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }
        if(root.left == null && root.right == null) {
            return 1;
        }
        return getLeafNodeCount(root.left) + getLeafNodeCount(root.right);
    }

    public static int leafSize = 0;
    public void getLeafNodeCount2(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        if(root.left == null && root.right == null) {
            leafSize++;
        }
        getLeafNodeCount2(root.left);
        getLeafNodeCount2(root.right);
    }

    /**子问题思路 - 求叶子结点个数
     * 获取第K层节点的个数
     * root左树的第k-1层 + root右树的k-1层
     * @param root
     * @param k
     * @return
     */
    public int getKLevelNodeCount(TreeNode root,int k) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }
        if(k == 1) {
            return 1;
        }
        return getKLevelNodeCount(root.left, k - 1) +
                getKLevelNodeCount(root.right, k - 1);
    }

    /**
     * 求树的高度： 子问题思路
     *   左树的高度 和 右树的高度 的最大值 + 1（根节点）
     * @param root
     * @return
     */
    public int getHeight(TreeNode root) {
        if(root == null) {//root == null 高度为0
            return 0;
        }
        int leftHeight = getHeight(root.left);
        int rightHeight = getHeight(root.right);

        return Math.max(leftHeight, rightHeight) + 1;
    }

    /**
     * 检测值为value的元素是否存在
     * 先判断 根节点 是不是val 不是 往下走
     *    那就判断左子树 不是 往下走
     *    那就判断右子树 不是 结束
     *    左右子树都没有 那么证明 这棵树就没有这个数字 return null
     * @param root
     * @param val
     * @return
     */
    public TreeNode find(TreeNode root, int val) {
        if(root == null) {
            return null;
        }
        if(root.val == val) {
            return root;
        }
        TreeNode leftVal = find(root.left, val);
        if(leftVal != null) {
            return leftVal;
        }
        TreeNode rightVal = find(root.right, val);
        if(rightVal != null) {
            return rightVal;
        }
        return null;
    }

    //翻转二叉树
    public TreeNode invertTree(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return null;
        }
        if(root.left == null && root.right == null) {
            return root;
        }
        TreeNode tmp = root.left;
        root.left = root.right;
        root.right = tmp;

        invertTree(root.left);
        invertTree(root.right);

        return root;
    }
    /**
     思路：另一颗树的子树
     1. 当前子树和根节点是否相同？
     2. 判断子树是不是当前root的左子树是否相同？
     3. 判断子树是不是当前root的右子树是否相同？
     */
    public boolean isSubtree(TreeNode root, TreeNode subRoot) {
        if(root == null) {
            return false;
        }
        if(isSameTree(root, subRoot)) {
            return true;
        }

        if(isSubtree(root.left, subRoot)) {
            return true;
        }
        if(isSubtree(root.right, subRoot)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    /**
     * 检查两颗树是否相同
     * 1. 判断结构是否相同
     * 2. 如果一样 则判断值是否想相同
     * 3. 如果值相同，则开始判断当前节点的左子树 && 右子树 是否一样
     */
    public boolean isSameTree(TreeNode p, TreeNode q) {
        //1.首先判断结构是isSameTree否相同：
        if(p != null && q == null || p == null && q != null) {
            return false;
        }
        //走到这 要不就是p q 同时为null 要不是p q同时不为null
        if(p == null && q == null) {
            return true;
        }
        //只有走到这 p q同时不为null 才进行第二步：判断值是否一样
        if(p.val != q.val) {
            return false;
        }
        return isSameTree(p.left, q.left) &&
                isSameTree(p.right, q.right);
    }

    /**
     *对称二叉树:
     * 判断一个树是否是对称的？ root.left 和 root.right 是对称的
     * 1. 先判断结构是否相同？
     * 2. 再判断数值是否相同？
     * 3. 左子树的左树 和 右子树的右树 是否相同 &&
     *    左子树的右树 和右子树的左树 是否相同 然后开始递归
     */
    public boolean isSymmetric(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return true;
        }
        return isSymmetricChild(root.left, root.right);
    }
    public boolean isSymmetricChild(TreeNode leftTree, TreeNode rightTree) {
        //先判断结构是否相同
        if(leftTree == null && rightTree != null || leftTree != null && rightTree == null) {
            return false;
        }

        if(leftTree == null && rightTree == null) {
            return true;
        }
        //再判断值是否相同
        if(leftTree.val != rightTree.val) {
            return false;
        }

        return isSymmetricChild(leftTree.left, rightTree.right)
                && isSymmetricChild(leftTree.right, rightTree.left);
    }

    /**
     *判断一棵树是否为二叉树 （那么他的每一个子树都是平衡二叉树 左右子树的高度差是 小于等于 1
     * 如果差是大于等于 则不是平衡二叉树）
     *思路：方法1 时间复杂度：O(N^2)
     * 遍历当前这棵树的每个节点，求出每个节点的左树 和右树的高度差 ，如果发现h >= 2，则返回false
     * && root的左树也是平衡的 && root的右树也是平衡的
     */
    public boolean isBalanced(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return true;
        }

        int leftHeight = getHeight(root.left);
        int rightHeight = getHeight(root.right);

        return Math.abs(leftHeight - rightHeight) <= 1
                && isBalanced(root.left) && isBalanced(root.right);
    }

    /**
     * 思路二：时间复杂度：O(N)
     * @param root
     * @return
     */
    public boolean isBalanced2(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return true;
        }
        return getHeight2(root) >= 0;
    }

    //求树的高度：
    public int getHeight2(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return 0;
        }

        int leftHeight = getHeight2(root.left);
        if(leftHeight < 0) {
            return -1;
        }
        int rightHeight = getHeight2(root.right);
        if(rightHeight >= 0 && Math.abs(leftHeight - rightHeight) <= 1) {
            return Math.max(leftHeight, rightHeight) + 1;
        } else {
            return -1;
        }
    }

    /**
     * 二叉搜索树与双向链表：
     * 将二叉搜索树转换成一个排列的双向链表
     * 思路：
     * 1. 按照中序排序 就可以把二叉搜索树 的顺序 变成有序的双向链表
     * 2. 把二叉树的左子树看成节点中的prev 右子树看成节点中的next 改变节点的上一个和下一个的指向即可
     */
    public TreeNode prev = null;
    public TreeNode Convert(TreeNode pRootOfTree) {
        if(pRootOfTree == null) {
            return null;
        }
        inOrder2(pRootOfTree);
        TreeNode head = pRootOfTree;
        while(head.left != null) {
            head = head.left;
        }
        return head;
    }

    public void inOrder2(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        inOrder2(root.left);
        root.left = prev;//第一次的时候，root.left == null
        if(prev != null) {
            prev.right = root;
        }
        prev = root;
        inOrder2(root.right);
    }
}
class Main {
    /**
     *  二叉树的构建及遍历：
     *  1. 先创建根节点
     *  2. 创建左子树
     *  3. 创建右子树
     */
    static class TreeNode {
        public char val;
        public TreeNode left;
        public TreeNode right;
        public TreeNode (char val) {
            this.val = val;
        }
    }
    public static void main(String[] args) {
        Scanner in = new Scanner(System.in);
        // 注意 hasNext 和 hasNextLine 的区别
        while (in.hasNextLine()) { // 注意 while 处理多个 case
            String str = in.nextLine();
            TreeNode root = createTree(str);
            inOrder3(root);
        }
    }

    public static int i = 0;
    public static TreeNode createTree(String str) {
        TreeNode root = null;
        if(str.charAt(i) != '#') {
            root = new TreeNode(str.charAt(i));
            i++;
            root.left = createTree(str);
            root.right = createTree(str);
        } else {
            i++;
        }
        return root;
    }
    public static void inOrder3(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return;
        }
        inOrder3(root.left);
        System.out.print(root.val + " ");
        inOrder3(root.right);
    }

    //给定一个二叉树, 找到该树中两个指定节点的最近公共祖先
    public TreeNode lowestCommonAncestor(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if(root == null) {
            return null;//遇到空节点就继续往下走了
        }
        if(root == p || root == q) {
            return root;//假如找到p或者q，就不往下找了，也就不递归了
        }
        TreeNode leftTree = lowestCommonAncestor(root.left, p, q);
        TreeNode rightTree = lowestCommonAncestor(root.right, p, q);

        if(leftTree != null && rightTree != null) {
            return root;
        } else if(leftTree != null) {
            return leftTree;
        } else {
            return rightTree;
        }
    }

    //方法2：
    public boolean getPath(TreeNode root, TreeNode node, Stack<TreeNode> stack) {
        if(root == null) {
            return false;
        }

        stack.push(root);

        if(root == node) {
            return true;
        }
        boolean ret = getPath(root.left, node, stack);
        if(ret == true) {
            return true;
        }
        ret = getPath(root.right, node, stack);
        if(ret == true) {
            return true;
        }
        stack.pop();
        return false;
    }
    public TreeNode lowestCommonAncestor2(TreeNode root, TreeNode p, TreeNode q) {
        if(root == null) {
            return null;
        }
        //1.获取路径上的所有节点
        Stack<TreeNode> stackP = new Stack<>();
        Stack<TreeNode> stackQ = new Stack<>();
        //2. 把p节点和q节点的路径分别存在对应的栈当中
        getPath(root, p, stackP);
        getPath(root, q, stackQ);

        //3. 比较两个栈的大小，多的出size个
        int sizeP = stackP.size();
        int sizeQ = stackQ.size();

        if(sizeP - sizeQ > 0) {
            int size = sizeP - sizeQ;
            while(size != 0) {
                stackP.pop();
                size--;
            }
        } else {
            int size = sizeQ - sizeP;
            while(size != 0) {
                stackQ.pop();
                size--;
            }
        }

        //4. 判断弹出的数据，看是否一样，一样就为公共节点
        while(!stackP.isEmpty() && !stackQ.isEmpty()) {
            TreeNode peekP = stackP.peek();
            TreeNode peekQ = stackQ.peek();
            if(peekP == peekQ) {
                return peekP;
            } else {
                stackP.pop();
                stackQ.pop();
            }
        }
        return null;
    }
    //给定两个整数数组 preorder 和 inorder ，其中 preorder 是二叉树的先序遍历， inorder 是同一棵树的中序遍历，请构造二叉树并返回其根节点。
    //给定两个整数数组 inorder 和 postorder ，其中 inorder 是二叉树的中序遍历， postorder 是同一棵树的后序遍历，请你构造并返回这颗 二叉树 。

    //根据二叉树创建字符串
    public String tree2str(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return null;
        }
        StringBuilder stringBuilder = new StringBuilder();
        tree2strChild(root,stringBuilder);
        return stringBuilder.toString();
    }

    public void tree2strChild(TreeNode t, StringBuilder stringBuilder) {
        if(t == null) {
            return;
        }
        stringBuilder.append(t.val);

        if(t.left != null) {
            stringBuilder.append("(");
            tree2strChild(t.left, stringBuilder);
            stringBuilder.append(")");
        } else {
            if(t.right == null) {
                return;
            } else {
                stringBuilder.append("()");
            }
        }

        if(t.right != null) {
            stringBuilder.append("(");
            tree2strChild(t.right, stringBuilder);
            stringBuilder.append(")");
        } else {
            return;
        }
    }

    //判断一棵树是否完全二叉树
    public boolean isCompleteTree(TreeNode root) {
        if(root == null) {
            return true;
        }
        Queue<TreeNode> queue = new LinkedList<>();
        queue.offer(root);

        while(!queue.isEmpty()) {
            TreeNode cur = queue.poll();
            //弹出一个元素，就判断一次(看是否为null,为null，证明二叉树没有节点了)
            if(cur != null) {
                queue.offer(cur.left);
                queue.offer(cur.right);
            } else {
                break;
            }
        }
        //判断队列是否全是null，假如存在非null的元素，证明二叉树不是完全二叉树
        while(!queue.isEmpty()) {
            TreeNode peek = queue.peek();
            if(peek != null) {
                return false;
            }
            queue.poll();
        }
        return true;
    }
}
